(57)【要約】【課題】本発明は、イメージセンサモジュールの軽薄短小化を具現することのできる新しいWL-CSP及びその製造方法を提供する。【解決手段】前記の課題を達成するために、本発明は、イメージセンサウエハーと、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハーをボンディングした後、前記イメージセンサウエハーに貫通孔を形成する段階と、前記貫通孔を導電物質で充填することにより導電体を形成する段階及び前記導電体の末端にはんだボールを形成した後、回路が形成されたPCB基板に連結する工程段階を包含してなる。  特に、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハーがポリマー隔壁を介してイメージセンサウエハーと接着されており、イメージセンサウエハーの各入/出力電極に形成された前記貫通孔の導電体を通じて連結されるウエハーの裏面電極にはんだバンプが形成されている構造を特徴とする。【選択図】図４
2007073958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
A）イメージセンサウエハーとグラスウエハーをボンディングした後、前記イメージセンサウエハーに貫通孔を形成する段階；
B）前記イメージセンサウエハーに形成された貫通孔を導電物質で充填することによって導電体を形成する段階及び；
C）前記導電体の末端にはんだバンプを形成し、回路が形成されたPCB基板と連結する段階を包含するイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項２】
前記段階A)は、
a1）IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハーを準備する段階；
a2）前記IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハーの反対面にポリマー隔壁を形成する段階；
a3）イメージセンサウエハーを準備する段階；
a4）前記イメージセンサウエハーを研削して前記イメージセンサウエハーの厚さを減少させる薄厚化工程段階；
a5）前記グラスウエハーと前記イメージセンサウエハーをボンディングする段階及び；
a6）前記イメージセンサウエハーの裏面側に貫通孔を形成する段階を包含する請求項１に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項３】
前記IRカットフィルター層をコーティングしたグラスウエハーのサイズは、偶数インチからなることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項４】
前記ポリマー隔壁は、感光性ポリマー材料であるポリイミド、ベンゾシクロブテン、感光剤の中、一種以上の物質を利用して形成されることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項５】
前記ポリマー隔壁は、格子構造を有することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項６】
前記ポリマー隔壁は、5〜20μｍの厚さを有することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項７】
前記イメージセンサウエハーは、前記グラスウエハーと同じサイズを有することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項８】
前記イメージセンサウエハーを研削して薄厚にした後の前記イメージセンサウエハーの厚さは、100〜200μｍであることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項９】
前記グラスウエハーと前記イメージセンサウエハーとをボンディングする方法は、ウエハー熱圧着工程によることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項１０】
前記貫通孔は、深層反応性イオンエッチング法、レーザー穿孔法の中から選択される一種の方法によって形成されることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項１１】
前記貫通孔のサイズは、その直径が100〜200μｍであることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項１２】
前記段階B)は、
b1）グラスウエハー面上に形成された金属パッドを除く部分に絶縁層を形成する段階；
b2）前記イメージセンサウエハー表面および貫通孔にシード金属膜を形成する段階；
b3）前記貫通孔に形成された前記シード金属膜の上部に導電物質を利用して充填工程を行う段階；
b4）前記貫通孔にのみ前記導電物質が存在するように前記導電物質が充填された部分を研削して前記イメージセンサウエハーの裏面を平坦化する段階及び；
b5）前記イメージセンサウエハーの裏面の中、貫通孔に充填された導電物質の部分を除く部分にポリマー絶縁膜を形成する段階を包含する請求項１に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項１３】
前記絶縁層は、SiO2を利用して形成することを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項１４】
前記絶縁層は、化学気相蒸着法により形成されることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項１５】
前記シード金属膜は、Ti/Cuスパッタリングまたは蒸着工程を利用して形成されることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項１６】
前記イメージセンサウエハーの裏面を平坦化する段階以後のイメージセンサウエハーの厚さは、50〜150μｍであることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項１７】
前記貫通孔は、Cu、Ag、Ni、Auの中から選択される一種以上の導電物質によって充填されることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項１８】
前記段階C)は、
c1）前記貫通孔に充填された導電物質でなる導電体の末端にアンダーバンプ金属層を形成し、前記アンダーバンプ金属層の上部にはんだボールを形成する段階及び；
c2）前記はんだボールが形成されたイメージセンサモジュールをPCB基板と連結する段階を包含する請求項１に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項１９】
前記アンダーバンプ金属層は、無電解Ni/Auメッキ層であることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ製造方法。
【請求項２０】
IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハー；
信号入出力のための貫通孔が形成され、前記貫通孔には導電物質が充填され、前記導電物質の充填によって形成された導電体の末端には、回路との連結のためのはんだバンプが形成されたイメージセンサウエハーを包含するイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ。
【請求項２１】
前記グラスウエハーと前記イメージセンサウエハーとの間には、ボンディングのためのポリマー隔壁を形成することを特徴とする請求項２０に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ。
【請求項２２】
前記貫通孔の上部には、イメージセンサウエハーとの電気的信号連結のための金属パッドが形成されることを特徴とする請求項２０に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ。
【請求項２３】
前記導電物質は、Cu、Ag、Ni、Auの中から選択される一種以上の物質でなることを特徴とする請求項２０に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ。
【請求項２４】
前記貫通孔の下部には、はんだバンプとの接続のためのアンダーバンプ金属層をさらに形成することを特徴とする請求項２０に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ。
【請求項２５】
前記アンダーバンプ金属層は、無電解Ni/Auメッキ層であることを特徴とする請求項２４に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ。
【請求項２６】
前記はんだバンプが形成されるイメージセンサウエハー面は、前記はんだバンプが形成された部分を除く部分に無電解絶縁膜を形成することを特徴とする請求項２０に記載のイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ及びその製造方法に関し、特に、IRカットコーティング層が形成されたグラスウエハーがポリマー隔壁によりイメージセンサウエハーに接続されており、イメージセンサウエハーの各入/出力電極に形成された貫通孔を介して連結されたウエハーの裏面電極にはんだバンプが形成されている構造を特徴とする超小型イメージセンサモジュール及びこれを具現するためのウエハーレベルチップサイズのパッケージとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、約20年の間、CCDセンサがイメージセンサ市場を独占してきたが、最近は、CMOSイメージセンサ市場が急激に成長して物量及び売出しの面において、CCDを追い越すことが予想される。低電力特性が重要視されるモバイル分野、高機能・高集積化が重要視される特殊分野、高速・高画素の特性分野などにおいて、CMOSイメージセンサの使用が急増しており、代表的な重要市場としては、モバイルフォン、デジタルスチールカメラ、光マウス、監視カメラ、生体認識などである。
【０００３】
なお、CMOSイメージセンサも電子パッケージ技術によってCMOSイメージセンサチップから、イメージセンサモジュールに製造され、多様な応用製品が装着されているが、このときCMOSイメージセンサモジュールが要求するパッケージの仕様も結局、最終的応用製品の特性に従って左右される。特にCMOSイメージセンサモジュールの最近動向である高電気的性能、極小型/高密度、低電力、多機能、超高速信号処理、高い信頼性などは、最近の電子製品における極小型パッケージ部品化の代表的な例と言える。
【０００４】
過去のCMOSイメージセンサは、一般的なCMOSチップとは異なり、物理的な環境に弱く不純物に汚染されやすく、サイズが重要視されない場合には、LCC(Leadless Chip Carrier)タイプのパッケージを使用していた。しかし、カメラフォン用のように軽薄短小の特性が重要な市場においては、COB(Chip on Board)、COF(Chip on Film)、CSP(Chip Size Package)などが多く使用されているのが趨勢である。
【０００５】
前記COB方式は、軟性PCB6(図1a参照)とイメージセンサチップ5の裏面をダイ接着剤によって接着させた後、金ボンディングワイヤー4でイメージセンサチップ5の入出力端子(I/O)とPCB電極とを連結する方式によって、既存の半導体生産ラインと類似する工程を利用することにより生産性は高いが、ワイヤーボンディングのための空間が必要でモジュールのサイズが大きくなり、ワイヤーのループ(loop)高さとIRレンズを勘案するとき厚さ方向へのサイズも大きくなる短所がある。
【０００６】
次のCOF方式は、COB方式のように、軟性PCB6に直接接着されるが、イメージセンサチップの前面(Active side)が軟性PCBや軟性回路基板(FPC)の電極に直接フリップチップボンディングされるため、COB方式のように金ボンディングワイヤー4を必要とせず、レンズ鏡筒までの高さも低くすることができることによって、軽薄短小のモジュールを製造することができる。このとき、イメージセンサを軟性PCBやFPCに接着させるために異方導電性フィルム(Anisotropic Conductive Film;ACF)10を主に使用し(図1b参照)、イメージセンサチップ5の入出力端子上に形成されたバンプ(Bump)としては、金メッキバンプ又は無電解ニッケル/金バンプが汎用される。なお、軟性PCBやFPCは、イメージセンサチップ5の前面部分に、光が伝達されるようにするべくセンシング部分の広さだけ開放されている。これを図1aのCOB方式と図1bのCOF方式の模式図で示している。
【０００７】
イメージセンサの軽薄短小のチップパッケージを具現するためにチップサイズのパッケージ技術が開発されている。イスラエルのシェルケイス(ShellCase)社が基本特許を有するチップサイズのパッケージ(CSP)方式は、図2のように、イメージセンサチップ5が下部グラス基板21aに装着され、イメージセンシング部分と上部グラス基板21ｂとの間にスペースを維持しながら、周辺部分がエポキシ樹脂24によって接着されて、イメージセンサチップ5のI/Oからグラス基板の背面に電気的配線が形成されるとともに、最終的にははんだバンプ22が形成されている。
【０００８】
このような、CSPは、モジュール製作の単純化のためにウエハーレベルの工程が可能であり、モジュール面積の縮小に有利である。しかし、上部グラス基板21bと下部グラス基板21aをそれぞれ使用するため、イメージセンサモジュールの高さをさらに低くするにはやはり問題が残る。
【０００９】
また、最近は、赤外線遮断フィルター用グラスを基板と統合することによりイメージセンサモジュールサイズの縮小を図るために、図3のようなCOG(Chip on Glass)方式のパッケージが開発されている。
【００１０】
つまり、各入/出力端子(I/O)にはんだバンプ22が形成されたイメージセンサチップ5を、ウエハー形態のグラス基板に配置して電極及び配線を形成し、2次接続のためのはんだバンプ22を接着した後、イメージセンサチップ5をフリップチップボンディングした後、イメージセンサチップ5が装着されたグラス基板21をダイシングしてイメージセンサモジュールを作製する。しかし、このような方式によって、イメージセンサモジュールの厚さを最小化することができるメリットは有るが、イメージセンサチップより広いグラスモジュール基板を使用するため広さが大きくなるという問題があり、個別チップをグラスウエハー基板に接続するので厳密な意味におけるウエハーレベルのパッケージとは言えない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前記のような問題を解決するべく発明されたもので、その目的は、イメージセンサモジュールの軽薄短小化を具現することができる新しいウエハーレベルチップサイズのパッケージ(以下、WL-CSPと略記することもある)及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記のような目的を達成するために、本発明のイメージセンサモジュール用WL-CSPの製造方法は、イメージセンサウエハーとグラスウエハーをボンディングした後、前記イメージセンサウエハーに貫通孔を形成する段階；
前記イメージセンサウエハーに形成された貫通孔を導電物質で充填することによって導電体を形成する段階および；
前記導電体の末端にはんだバンプを形成し、回路が形成されたPCB基板と連結する段階を包含する。
【００１３】
本発明において、前記イメージセンサウエハーとグラスウエハーをボンディングした後、前記イメージセンサウエハーに貫通孔を形成する段階は、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハーを準備する段階；
前記IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハーの反対面にポリマー隔壁を形成する段階；
イメージセンサウエハーを準備する段階；
前記イメージセンサウエハーを研削してその厚さを減少させる薄厚化工程段階および；
前記グラスウエハーと前記イメージセンサウエハーをボンディングする段階；
前記イメージセンサウエハーの裏面側に貫通孔を形成する段階を包含してなることが望ましい。
【００１４】
本発明において、前記IRカットフィルター層をコーティングしたグラスウエハーのサイズは、偶数インチからなることが望ましい。
【００１５】
本発明において、前記ポリマー隔壁は、感光性ポリマー材料として例えばポリイミド、ベンゾシクロブテン、感光剤の中、一種以上の物質を利用して形成することが望ましい。
【００１６】
本発明において、前記ポリマー隔壁は、格子構造を有し、5〜20μｍの厚さを有することが望ましい。
【００１７】
本発明において、前記イメージセンサウエハーは、前記グラスウエハーと同じサイズを有することが望ましい。
【００１８】
本発明において、前記イメージセンサウエハーを研削して薄厚にした後の前記イメージセンサウエハーの厚さは、100〜200μｍであることが望ましい。
【００１９】
本発明において、前記グラスウエハーと前記イメージセンサウエハーとをボンディングする方法は、ウエハー熱圧着工程によることが望ましい。
【００２０】
本発明において、前記貫通孔は、深層反応性イオンエッチング法、レーザー穿孔法の中から選択される一種の方法によって形成されることが望ましい。
【００２１】
本発明において、前記貫通孔のサイズは、その直径が100〜200μｍであることが望ましい。
【００２２】
本発明において、前記イメージセンサウエハーに形成された貫通孔を導電物質で充填させる段階は、グラスウエハー面上に形成された金属パッドを除く部分に絶縁層を形成する段階と、
前記イメージセンサウエハーの表面及び貫通孔にシード金属膜を形成する段階と、
前記貫通孔に形成された前記シード金属膜の上部に導電物質を利用して充填する工程を行う段階と、
前記貫通孔にのみ導電物質が存在するように前記導電物質が充填された部分を研削して前記イメージセンサウエハーの裏面を平坦化する段階と、
前記イメージセンサウエハーの裏面の中、貫通孔に充填された導電物質の部分を除く部分にポリマー絶縁膜を形成する段階を包含することが望ましい。
【００２３】
本発明において、前記絶縁層はSiO2を利用して形成するのが望ましい。
【００２４】
本発明において、前記絶縁層は化学気相蒸着法により形成されるのが望ましい。
【００２５】
本発明において、前記シード金属膜は、Ti/Cuスパッタリングまたは蒸着工程を利用して形成するのが望ましい。
【００２６】
本発明において、前記イメージセンサウエハーの裏面を平坦化する工程以後の、イメージセンサウエハーの厚さは50〜150μｍであるのが望ましい。
【００２７】
本発明において、前記貫通孔は、Cu、Ag、Ni、Auの中から選択される一種以上の導電物質によって充填されるのが望ましい。
【００２８】
本発明において、前記貫通孔に充填された導電物質でなる導電体の末端に、はんだバンプを形成し、回路が形成されたPCB基板と連結する段階は、前記貫通孔に形成された導電体の末端にアンダーバンプ金属層を形成し、前記アンダーバンプ金属層の上部にはんだボールを形成する段階と、
前記はんだボールが形成されたイメージセンサモジュールをPCB基板に連結する段階を包含するのが望ましい。
【００２９】
本発明において、前記アンダーバンプ金属層は、無電解Ni/Auメッキ層であるのが望ましい。
【００３０】
本発明のイメージセンサモジュール用レベルチップサイズのパッケージの特徴を要約すると、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハーと、
信号の入出力のための貫通孔が形成され、前記貫通孔には導電物質が充填されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
上述のように、本発明によれば、 既存のウエハー加工及び金属蒸着工程の装備をそのまま利用することができるので、低価型のWL-CSPを具現することができる。
【００３２】
また、既存のイメージセンサモジュール用WL-CSPより厚さ方向に最小の厚さを有し、面積の面においても、イメージセンサチップと同じ面積を有するイメージセンサモジュールを具現することができる。
【００３３】
また、イメージセンサウエハーの入/出力端子から出る電気的信号が薄いイメージセンサチップの厚さ方向に形成された貫通孔を通じて外部に流れるため、高い電気的信号の特性および熱伝導特性、高い機械的信頼性を具備したイメージセンサモジュールを具現することができる。
【００３４】
なお、使用する材料および工程数などが、既存のWL-CSPより少ないので、低価型、高信頼性イメージセンサモジュールのパッケージを得られるだけでなく、イメージセンサパッケージの他に軽薄短小型センサチップのパッケージを具現するに多大な技術的波及効果が有ると言える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の好適な実施形態を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。下記の各図面の構成要素に対する参照符号を与えるにおいて、同一の構成要素については他の図面上に示している場合でも可能の限り同一の符号を与え、また、本発明の要旨を混同させると判断される公知機能及び構成に対してはその詳細な説明を省略する。
【００３６】
図4は、本発明の一実施例によるイメージセンサモジュール用ウエハーレベルチップサイズのパッケージ(WL-CSP)の断面図である。
【００３７】
本実施例において、イメージセンサモジュール用WL-CSPは、グラスウエハー45と、イメージセンサウエハー47および、PCB基板50を包含して構成される。
【００３８】
図4は、前記実施例において、WL-CSPがグラスウエハー45、イメージセンサウエハー47および、PCB基板50の結合する様態を概略的に示したものである。
【００３９】
図4を参照すると、前記グラスウエハー45は、上部面がIRカットフィルター層(図面符号不記載)によってコーティングされる。前記IRカットフィルター層は、外部から赤外線がイメージセンサチップに入射されて生じ得る故障および誤作動などを防止する。又、前記グラスウエハー45の下部面には、ポリマー隔壁46が形成される。前記ポリマー隔壁46は、前記イメージセンサウエハー47に位置しているリセプタクル41の部分がオープンされたまま形成される。
【００４０】
前記イメージセンサウエハー47は、上部面の所定の位置にリセプタクル41および金属パッド44が形成される。前記金属パッド44が形成された部分は、前記イメージセンサウエハー47の下部面まで貫通孔43が形成される。前記貫通孔43には、電気的導電性に優れる導電物質が充填されるようになる。前記貫通孔の下方の末端には、はんだバンプ49が形成される。前記はんだバンプ49は、多様な形状にすることができるが、本発明においては、はんだボール形状に形成される(従って「はんだボール49」と表記することもある)。前記貫通孔43に充填された導電物質によって形成される導電体の末端と、前記はんだボール49との間には、電気的な接続効率を高めるためにアンダーバンプ71が介在されることがある。
【００４１】
前記はんだボール49は、所定の回路がパターニングされたPCB基板50と接合される。
【００４２】
以下、前記イメージセンサモジュール用WL-CSPの製造工程を説明することにより、イメージセンサモジュール用WL-CSPの構造をより詳細に説明することができる。
【００４３】
図5a乃至図5fは、イメージセンサウエハー47とIRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハー45とのボンディング工程を示す。
【００４４】
図5aは、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハー45を準備する段階を示し、前記グラスウエハー45は4、6、8、10インチ、つまり偶数インチからなる多様なサイズにすることができる。
【００４５】
図5bは、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハー45面の反対面にポリマー隔壁46を形成する段階を示し、前記グラスウエハー45面の反対面上に格子構造のポリマー隔壁46を形成する。これは、イメージセンサモジュール用WL-CSPを構成した後、イメージセンサの内部にリセプタクル41、つまり、イメージセンシング領域を保護する一種の準気密パッケージ(semi-hermetic package)の形態を具現するためである。IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハー45面の反対面上に格子構造のポリマー隔壁46を形成するために代表的な感光性ポリマー材料としてはベンゾシクロブテン(BCB)材料を使用することができる。つまり、グラスウエハー45上面にスピンコーティング工程を利用してBCB材料をコーティングした後、マスクおよびリソグラフィー工程を利用して格子構造のポリマー隔壁46構造を形成してイメージセンサウエハー47とBCBポリマー層とを利用してボンディングした後に、イメージセンサウエハー47のイメージセンシング領域を露出させるようにする。ポリマー材質の前記ポリマー隔壁46の高さは、5〜20μｍ程度の高さを有する。又、スピンコーティングした後のリソグラフィー工程条件は、BCBポリマー格子構造を作成するための条件であり、BCBポリマー格子構造の層が以後ウエハー間のボンディング工程を実施する以前に硬化されない条件としなければならない。
【００４６】
図5cは、イメージセンサウエハー47を準備する段階、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハー45と同じサイズを有するイメージセンサウエハー47を準備する過程を示す。前記イメージセンサウエハー47には、その上部面の所定の位置にリセプタクル41と金属パッド44を形成する。前記金属パッド44は、導電性の優れた金属であれば多様な選択が可能である。本発明の実施形態においては、例えばアルミニウム(Al)を利用している。
【００４７】
図5dは、イメージセンサウエハー47の裏面を研削してウエハーを薄厚にする段階を示している。この段階でイメージセンサウエハー47は、100〜200μｍの厚さになる。
【００４８】
図5eは、ポリマー隔壁46が形成されたグラスウエハー45とイメージセンサウエハー47のウエハー同士のボンディング工程を示し、イメージセンサウエハー47上のイメージセンシング領域が、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハー45の裏面に形成された格子構造のポリマー隔壁46と整列され、ポリマー隔壁46の層が硬化することにより接合が行われる過程を示している。このとき、ウエハー同士のボンディング工程は、ウエハー熱圧着工程によって成り、ボンディングの強度はイメージセンサウエハー47に形成された格子構造のポリマー隔壁46の硬化度およびウエハー熱圧着時の工程圧力により異なる。この際、イメージセンサウエハー47とグラスウエハー45との間に接合層の役割をする格子構造のポリマー隔壁46は、イメージセンサウエハー47とグラスウエハー45間の接合層の役割をすると共にダイシング工程の後、個々のイメージセンサモジュールのセンサチップとグラス基板間における準気密封止の役割をなす。
【００４９】
前述のように、グラスウエハー45に形成されたBCBのような材質でなるポリマー隔壁46の構造層は、イメージセンサウエハー47の表面と熱圧着されるように一種のホットバー(Hot bar)などを使用して熱と圧力を加えながら一定時間押圧した後、最終的にこれを後硬化(Post cure)することによって接続させる。このとき、ポリマー隔壁46がウエハー間の熱圧着工程とともに完全硬化される過程のうち、ポリマー隔壁46の内部に空隙(void)などが存在するかウエハー間の接合力に不均一が発生されないように、ウエハー間の熱圧着工程を最適化するべきである。又、ポリマー隔壁46の構造層が完璧に封止されるとともにウエハー間の強い接合力を保有するようにし、グラスウエハー45に加えられる温度と圧力とによりポリマー隔壁46のパタン寸法が多少増大する可能性があるので、完全硬化した後においても初期パタンの形状をそのまま維持するように調整することが必要である。
【００５０】
図5fは、イメージセンサウエハー47の裏面(backside)から各I/O電極に至る貫通孔を形成する段階を示している。イメージセンサウエハー47の裏面を通じてイメージセンサウエハー47の各I/Oの配列位置に各I/Oのサイズよりやや小さいサイズの貫通孔43を深層反応性イオンエッチング(Deep Reactive Ion Etching、'Deep RIE')法或はレーザー加工法を利用して形成する。前記Deep RIE法によるシリコンウエハーエッチング法は、レーザー加工法に比べて、よりスマートで直角に近い加工面を有する貫通孔43を形成することができるというメリットがある。Deep RIE法は、フルオール(F)成分を有するSF4、SF6、CF4などのガスを酸素ガスと混合して、ここで、分解されたフルオールガス(F2)とシリコン(Si)の反応を通じてSiF4を形成することによって、シリコンウエハーをエッチングする方法である。このためには、予め、メタルマスクのようなハードマスク或はフォトレジストのようなソフトマスクを使用してシリコンウエハーにエッチングされる部分を選択する。つまり、フォトレジストを露光工程を通じてパターニングした後、フォトレジストが形成された部分はフルオールガスが接触されないため、エッチングされなく、フォトレジストがオープンされた部分は、フルオールガスがシリコンウエハーと反応してシリコンがエッチングされ、フォトレジストなどのマスクを除くと100〜200μｍ厚さの貫通孔を形成することができる。なお、この方法は、縦横比が1:10以上の比較的大きい貫通孔を形成することにも有用であり、入/出力信号の大きさとイメージセンサシリコンウエハーの望むだけの厚さを得ることが易いというメリットを有する。
【００５１】
前記のようにイメージセンサウエハー47に形成された貫通孔43は、次のような工程により導電物質が充填される。
【００５２】
図6a乃至図6eは、イメージセンサウエハー47と接続されたグラスウエハー45に形成された貫通孔43を電気金属メッキ法を利用して導電物質を充填する工程を示す。先ず、前記のように貫通孔が形成された後、貫通孔の内壁にSiO2 による絶縁層51を形成するためにSiO2CVD法を使用してイメージセンサウエハー47のSi面にのみ選択的にSiO2の絶縁層51をコーティングする(図6a)。
【００５３】
つまり、グラスウエハー面上に形成された金属パッド44には、SiO2のコーティングが及ばないようにする。次に、電気金属メッキを行うために貫通孔43が形成されたイメージセンサウエハー47の表面および貫通孔43内壁にシード金属膜52を形成する(図6b)。
【００５４】
前記シード金属膜52を蒸着させるためには、Ti/Cuスパッタリングまたは蒸着工法を使用する。次いで、電気メッキ法を利用して貫通孔43を導電物質によって充填する工程を実施する(図6c)。
【００５５】
貫通孔43がCuで充填されるとともに、シード金属膜52が塗布された全ての領域がCuでメッキされる。次いで、Cuがメッキされた面を研削することによりイメージセンサウエハー47の裏面が全て露出されるとともに、貫通孔43部分との高さの差異がなくなるように平坦化する工程を実施する(図6d)。
【００５６】
前記のような工程により、イメージセンサウエハー47の厚さが50〜150μｍになることができる。以後、ポリマー絶縁膜48(passivation)をイメージセンサウエハー47の裏面全体に塗布してリソグラフィー工程を経て貫通孔43の電極が露出されるようにパターニングする工程を実施する(図6e)。
【００５７】
前記の工程によって、イメージセンサウエハー47の各入/出力端子からCuで充填された貫通孔43を通じてイメージセンサウエハー47からの電気的信号が外部に伝達されるようになる。
【００５８】
前記のように、導電物質で充填された貫通孔43を包含するイメージセンサウエハー47の上部(図7b)には、外部回路との連結のためにはんだバンプ49が次のような工程により形成される。
【００５９】
先ず、図7aのように、イメージセンサウエハー47の裏面に形成した導電物質で充填された貫通孔43の末端部面に2次基板との電気的接続のためのはんだバンプ49を形成するが、このはんだボール49を形成する前に、アンダーバンプ金属(UBM)層71を形成する。本発明の実施例においては、無電解Ni/Auメッキ層を形成することによりUBM層71の役割をなさすことができるようにした。
【００６０】
次いで、スクリーン印刷法によって、イメージセンサウエハー47の裏面の電極上にはんだペーストを塗布してリフローする。その後、残留フラックスをソルベントで除去してはんだボール49が各UBM層71上に形成されるようにする(図7b)。
【００６１】
次いで、図7cの太点線は、接着されたイメージセンサウエハー47とグラスウエハー45を個別のイメージセンサモジュールにダイシングする段階を示す。
【００６２】
ここで、一般的なダイシング装備のブレードは、シリコンおよびグラスを同時に効果的に切断することのできるブレードを選定して最適のダイシング工程条件を選択する。図7dは、最終の段階として、はんだボール49が接着されたイメージセンサウエハー47を軟性または硬性PCB基板50にはんだリフローによってチップ‐オン‐ボード接続する工程を示す。つまり、チップ‐オン‐ボード工程は、イメージセンサウエハー47に形成された貫通孔43の電極に形成されているはんだボール49とPCB基板50電極間におけるはんだリフローによって実施される。このとき、PCB基板50の電極としては、18μｍ厚さの銅配線の上に5〜8μｍのニッケル/0.2μｍの金で形成された電極構造を有するようにする。さらに、より高い信頼性提高が必要の時にはアンダーフィル(underfill)工程を追加することが好ましい。
【００６３】
以上、本発明の好適な実施形態を例示することによって本発明を詳細に説明したが、これは発明を実施するための例示であり、当業者であれば別添の特許請求範囲に記載された発明の思想及び領域から外れない範囲で多様に修正又は変更することができることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１ａ】従来のイメージセンサのチップ‐オン‐ボード(COB)方式を利用したイメージセンサモジュールの構造を示す断面図である。
【図１ｂ】従来のイメージセンサのチップ‐オン‐フィルム(COF)方式を利用したイメージセンサモジュールの構造を示す断面図である。
【図２】従来のイメージセンサモジュール用チップ‐サイズ‐パッケージ(CSP)のパッケージ構造を示す断面図である。
【図３】従来のイメージセンサのチップ‐オン‐グラス(COG)方式を利用したイメージセンサモジュールの構造を示す断面図である。
【図４】本発明による一実施例においてウエハーレベルチップサイズのパッケージ(WL‐CSP)技術を利用したイメージセンサモジュールの断面図である。
【図５ａ】本発明による一実施例において、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハーを準備する段階を示す。
【図５ｂ】本発明による一実施例において、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハーの反対面にポリマー隔壁を形成する段階を示す。
【図５ｃ】本発明による一実施例において、IRカットフィルター層がコーティングされたグラスウエハーと同じサイズのイメージセンサウエハーを準備する段階を示す。
【図５ｄ】本発明による一実施例において、イメージセンサウエハーの裏面を研削するウエハーの薄厚化工程の段階を示す。
【図５ｅ】本発明による一実施例において、ポリマー隔壁が形成されたグラスウエハーとイメージセンサウエハーのウエハー同士のボンディング工程の段階を示す。
【図５ｆ】本発明による一実施例において、イメージセンサウエハーの裏面から各I/O電極に至る貫通孔を形成する段階を示す。
【図６ａ】本発明による一実施例において、イメージセンサウエハーの各入/出力電極からウエハーの裏面まで形成された貫通孔と、露出されたイメージセンサウエハーの表面にSiO2による絶縁層51をコーティングする段階を示す。
【図６ｂ】次いで、金属メッキのためのシード金属膜52を形成する段階を示す。
【図６ｃ】次いで、貫通孔を導電物質で充填する段階を示す。
【図６ｄ】次いで、イメージセンサウエハーの裏面を平坦化する研削段階を示す。
【図６ｅ】次いで、イメージセンサウエハーの裏面全体にポリマー絶縁膜48をコーティングする段階を示す。
【図７ａ】本発明による一実施例において、はんだバンプ(ボール)を形成するためのアンダーバンプ金属層(UBM)71をコーティングする段階を示す。
【図７ｂ】本発明による一実施例において、アンダーバンプ金属層71の上にはんだバンプ(ボール)49を形成する段階を示す。
【図７ｃ】本発明による一実施例において、イメージセンサウエハー47とグラスウエハー45を個別のモジュールにダイシングする段階を示す。
【図７ｄ】本発明による一実施例において、はんだボール49が形成されたイメージセンサウエハーをPCB基板50に連結するチップ‐オン‐ボード接続工程を示す。
【符号の説明】
【００６５】
41；リセプタクル(receptacle)
43；貫通孔
44；金属パッド
45；(IRカットフィルター層がコーティングされた)グラスウエハー
46；ポリマー隔壁
47；イメージセンサウエハー
48；ポリマー絶縁膜
49；はんだバンプ(はんだボール)
50；PCB基板
51；(SiO2)絶縁層
52；シード金属膜
71；アンダーバンプ金属(UBM)層
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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